景觀湖區(qū)鈉基膨潤土防水毯防滲應(yīng)用實例分析

張 靜，劉文龍

（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義563002）

1 工程概況

婁山關(guān)湖區(qū)工程位于貴州遵義市匯川區(qū)板橋鎮(zhèn)境內(nèi)，距城區(qū)中心35km，對外交通便利。 項目區(qū)亮石河與陳家溝匯口以上流域面積21.3km2，河長9.19km，平均比降3.44%。根據(jù)遵義市匯川區(qū)康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)示范基地建設(shè)項目總體規(guī)劃，為了保證景觀湖有穩(wěn)定水源補充，結(jié)合附近水資源分布情況及就近原則，景區(qū)規(guī)劃范圍內(nèi)上游的亮石河可作為景觀湖長期補水水源。 景觀湖正常蓄水位945.60m，正常蓄水位水體4.50萬m3，湖面面積3.00萬m2。

由于婁山關(guān)湖區(qū)地基為強滲透第四系人工回填含碎塊石黏土和砂卵礫石夾淤泥質(zhì)黏土，地形封閉條件差，透水性強。 為形成有效的水面景觀，需通過合理人工防滲措施才能保證湖區(qū)具備蓄水條件。

鈉基膨潤土防水毯作為一種新型環(huán)保生態(tài)復(fù)合防滲材料，以其良好的抗?jié)B性、柔韌性、防水性和施工便捷性，在水利、生態(tài)環(huán)保等工程領(lǐng)域發(fā)揮著較好的防滲作用［1-3］。 鈉基膨潤土防水毯在婁山關(guān)湖區(qū)生態(tài)景觀工程中的應(yīng)用，很好地解決湖區(qū)湖底及湖岸膨潤土層膨脹密實和防滲修復(fù)等難題。

2 工程地質(zhì)條件

表1 巖、土工程特征及地基指標(biāo)值

通過現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查和工程鉆探揭露，第四系覆蓋層整體滲透系數(shù)較大、透水性強，工程區(qū)需通過防滲處理后才基本具備建設(shè)條件。

3 防滲形式比選

婁山關(guān)湖區(qū)地形封閉條件差，地基以含碎塊石黏土和砂卵礫石夾淤泥質(zhì)黏土為主，其滲透性強。只有通過工程措施及防滲處理，才具備蓄水條件保證景觀湖區(qū)正常蓄水位945.60m的蓄水水面需求。 根據(jù)湖區(qū)地形地貌和已揭露的地質(zhì)水文條件，優(yōu)選防滲帷幕、土工膜防滲和天然鈉基膨潤土防水毯防滲3種防滲形式進行對比分析。

3.1 防滲帷幕

湖區(qū)位于亮石河、陳家河之間的河間地塊內(nèi)，屬侵蝕、溶蝕低中山巖溶谷地地貌。湖區(qū)及周邊覆蓋層較厚，下伏基巖巖性主要以∈2-3ls白云巖、泥質(zhì)白云巖為主，受巖性及構(gòu)造影響，巖溶中等發(fā)育，湖區(qū)及周邊出水溶洞及巖溶泉較為常見。 工程區(qū)地形封閉較差，覆蓋層整體滲透系數(shù)較大，透水性強，地表水多通過覆蓋層及白云巖強風(fēng)化層向溝谷排泄。 若采用帷幕灌漿方式進行處理，帷幕線長1.2km（相當(dāng)于在擬建湖區(qū)四周形成帷幕），帷幕灌漿孔按3排布置，每排分三序孔，工程量較大，且松散堆渣中帷幕灌漿受地下水位變幅的影響較大，施工難度大，可靠性低，故不宜采用帷幕灌漿的方式進行防滲。

3.2 湖底及湖岸采取土工膜防滲

考慮到婁山關(guān)湖區(qū)水域面積不大，水頭不高，湖區(qū)覆蓋層較厚，擬對湖區(qū)采用環(huán)周式鋪蓋土工膜的防滲方案，即：開挖到設(shè)計基面高程，采取壓實處理后鋪設(shè)土工膜，為便于施工和土工膜的檢修，將湖底土工膜分6塊鋪設(shè)，在分塊連接處及湖底與湖岸連接處采用C20混凝土固邊與土工膜連接。為防止洪水期存在地下水頂托和避免出現(xiàn)氣蝕、 氣爆現(xiàn)象，應(yīng)在土工膜底部鋪設(shè)排水盲溝、排氣鋼管等實現(xiàn)減壓排氣的設(shè)施。

該方案優(yōu)點是上游地表水可順土工膜外側(cè)向下游繞排泄，從而減少上游地表水和四周地下水抬高的水頭壓力；但其缺點是土工膜易損壞，施工時不能采用機械施工，只能采用人工攤鋪土工膜以上的覆土保護層，施工時間相對較長［4-6］；后期維護難度大，基礎(chǔ)不均勻沉降易拉裂破壞防滲體，同時還要避免施工中各種對土工膜的破壞行為，且若出現(xiàn)滲漏時，維修難度大，無法針對滲漏點進行專門維修。

3.3 鈉基膨潤土防水毯防滲

由于人工湖水域面積不大，水深較淺，且地下巖溶較發(fā)育。 結(jié)合湖區(qū)的地形、地質(zhì)條件，尤其是較復(fù)雜的水文地質(zhì)條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟綜合比選后，優(yōu)選基礎(chǔ)適應(yīng)性較強的柔性材料（天然鈉基膨潤土防水毯）進行防滲處理，可解決湖底滲漏問題。 鈉基膨潤土防水毯是由經(jīng)過級配的天然鈉基膨潤土顆粒和相應(yīng)外加劑混合為原材料，經(jīng)針刺工藝及設(shè)備，把膨潤土顆粒固定在土工布和塑料編織布之間而制成的毯狀防水卷材。 膨潤土防水毯既具有土工材料的全部特性，又具有優(yōu)異的防水（滲）性能［7］。將防滲帷幕、復(fù)合土工膜和膨潤土防水毯3種防滲方案，從防滲效果、單位造價、施工便捷性等方面進行對比分析，成果如表2。

表2 防滲方案分析成果對比

根據(jù)表2對比成果，從技術(shù)可靠性、實施難度、投資等方面進行綜合考慮，確定優(yōu)選技術(shù)方案可行、投資相對較省、施工方便快捷的“湖底及湖岸采取天然鈉基膨潤土防水毯防滲方案”。

4 鈉基膨潤土防水毯防滲設(shè)計

4.1 防滲布置

為打造生態(tài)景觀湖面水體范圍和水深要求，經(jīng)湖區(qū)土石方挖填平衡，盡量少棄土石渣，確定選擇湖面正常蓄水位945.60m，湖底高程944.10m。經(jīng)洪水調(diào)節(jié)計算，為了確保生態(tài)堤安全，需設(shè)溢流設(shè)施將多余湖水安全下泄，并排入下游亮石河內(nèi)；另外為了便于今后運行管理及維修方便，需對湖設(shè)置放空檢修設(shè)施；為保證湖面景觀，需從亮石河引水。 婁山關(guān)湖區(qū)防滲主要由修建生態(tài)堤、 湖底及湖岸防滲建筑物等組成。

4.2 生態(tài)堤設(shè)計

4.2.1 防滲結(jié)構(gòu)

景觀湖的生態(tài)堤分布于河間地塊北部，多為緩坡臺地形，整體上呈北高南低、西高東低的地形。 堤壩區(qū)出露地層主要有第四系（Q）及寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群（∈2-3ls）。 生態(tài)堤頂高程946.60m，建基面高程941.50～943.50m，最大堤高5.1m，堤頂寬均5.0m。上游坡比均為1∶2.5，上游面采用天然鈉基膨潤土防水毯進行防滲，坡頂周邊駁岸對防水毯采取塊石壓頭處理，防水毯表層覆50cm厚黏土保護層；下游面坡比1∶2.5，竣工后回填至其設(shè)計高程。 生態(tài)堤防滲結(jié)構(gòu)斷面如圖1。

圖1 生態(tài)堤防滲結(jié)構(gòu)斷面

4.2.2 填筑材料及填筑標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)SL274—2001 《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》要求，結(jié)合壩體材料就近、就地取材的原則，堤身主體主要采用湖區(qū)清挖的砂礫石料填筑，但所清挖的表層耕植土、 淤泥或雜質(zhì)含量較大的土料不能用于堤身填筑。生態(tài)堤壩殼料采用砂礫石料或碎石黏土料進行填筑，粒徑大于5mm顆粒含量大于50%，最大粒徑不宜大于300mm，0.075mm以下顆粒含量不應(yīng)大于15%。

填筑時不得發(fā)生粗料集中架空現(xiàn)象，壓實機具采用10～20t震動碾，鋪土厚度20～30cm （10t震動碾）或50～60cm（20t震動碾），局部采用人工夯或輕型機具夯實時鋪料厚度不宜大于20cm。 砂礫石料設(shè)計填筑干密度不小于2.1g/cm3，相對實度不小于0.75；碎石黏土料設(shè)計填筑干密度不小于1.9g/cm3，壓實度不小于91%。

4.3 湖底及湖岸防滲設(shè)計

4.3.1 湖底防滲設(shè)計

根據(jù)湖區(qū)地形地質(zhì)條件，結(jié)合湖面景觀設(shè)計方案及其對水深的要求，確定采取直接開挖方式將湖底整平，湖底設(shè)計高程944.10m。 由于工程區(qū)地質(zhì)條件差，巖溶中等發(fā)育，湖區(qū)及周邊出水溶洞及巖溶泉較為常見，湖底需全斷面鋪設(shè)鈉基膨潤土防水毯進行防滲。 湖底防滲結(jié)構(gòu)斷面圖，如圖2。

圖2 湖底防滲結(jié)構(gòu)斷面

防水毯以下需清挖至砂礫石基礎(chǔ)層，超挖部分采用砂卵礫石進行碾壓回填，要求相對密度不低于0.65。上部采用黏土碾壓回填至943.50m高程（黏土層壓實厚度不小于30cm，粒徑不大于10mm），防水毯以上依次鋪設(shè)黏土保護層（壓實厚度不小于50cm，粒徑不大于10mm）和凈化裝飾層（厚度10cm，粒徑小于等于10cm）至944.10m。 黏土基礎(chǔ)層和黏土保護層填筑壓實度不小于85%。防水毯搭接長度不小于30cm，陰陽轉(zhuǎn)角、湖底與湖岸搭接、湖岸頂部壓頭搭接長度不小于60cm。

4.3.2 湖岸防滲設(shè)計

湖岸鋪設(shè)鈉基膨潤土防水毯進行防滲，根據(jù)擬定的湖岸邊界結(jié)合項目實際情況，湖岸可采用生態(tài)堤和重力式擋墻兩種方案。

湖岸寬緩段考慮采用生態(tài)護坡形式，坡面設(shè)計坡比為1∶2.5。防水毯以下清挖至坡面基礎(chǔ)高程，采用黏土碾壓回填至設(shè)計斷面高程（黏土厚不小于30cm）后鋪設(shè)防水毯，防水毯以上鋪設(shè)黏土保護層（厚度不小于50cm，粒徑不大于10mm）。

5 結(jié)語

為確保品婁山關(guān)湖區(qū)形成有效水面景觀、 滿足蓄水水面要求，結(jié)合湖區(qū)地形地貌和揭露的水文地質(zhì)條件，對生態(tài)堤、湖底及湖岸防滲結(jié)構(gòu)形式進行了論證分析，優(yōu)選地形地質(zhì)適宜性好、抗?jié)B性優(yōu)、體積小、 質(zhì)量輕和經(jīng)濟性好的天然鈉基膨潤土防水毯防滲方案，為工程高效優(yōu)質(zhì)建設(shè)提供了技術(shù)指導(dǎo)。

（1）湖區(qū)地形封閉條件差，地基覆蓋層較厚，滲透系數(shù)較大、透水性強，只有通過合理工程措施及防滲處理后，才具備蓄水條件，才能滿足正常蓄水位945.60m景觀水面需求。

（2）與防滲帷幕和土工膜防滲形式相比，生態(tài)堤和湖底及湖岸優(yōu)選采用天然鈉基膨潤土防水毯進行防滲，其投資相對較省、施工便捷且建設(shè)工期較短，工程實際匹配性較好。

（3）鈉基膨潤土防水毯在婁山關(guān)湖區(qū)生態(tài)景觀工程中的應(yīng)用，證明其具有良好的防滲效果和生態(tài)經(jīng)濟效益。 項目實施后，生態(tài)景觀湖正常蓄水位945.60m，正常蓄水位水體4.50萬m3，湖面面積3.00萬m2。 通過水面蒸發(fā)和植物蒸騰，能有效凈化空氣、調(diào)節(jié)氣溫和濕度，可為項目區(qū)營造“康養(yǎng)、旅居”的“人水和諧、生態(tài)自然”環(huán)境。